Química do Poliuretano


INTRODUÇÃO
Em 1937, o professor Otto Bayer e sua equipe desenvolveram um processo que, a partir da reação de dois compostos, resultava em produto de estrutura macromolecular. Eles são normalmente produzidos pela reação de poliadição de um poliisocianatos (no mínimo bifuncional) e um poliol ou outros reagentes, contendo dois ou mais grupos de hidrogênio reativos). Os compostos contendo hidroxilas podem variar quanto ao peso molecular, natureza química e funcionalidade. Os isocianatos podem ser aromáticos, alifáticos, ciclo-alifáticos ou policíclicos. Esta flexibilidade de escolha de reagentes permite obter uma infinita variedade de compostos com diferentes propriedades físicas e químicas, conferindo aos poliuretanos uma posição importante no mercado mundial de polímeros sintéticos de alto desempenho. Seu desenvolvimento comercial começou na Alemanha no final da década de 30 em espumas rígidas e adesivos. Os elastômeros na década de 40 e na década de 50 houve o grande desenvolvimento comercial em espumas flexíveis, tintas e vernizes.
Basicamente a reação de obtenção de poliuretano é:



Os sistemas principais de obtenção de poliuretanos são quatro:
  • Sistema bicomponente de cura ao ar
  1. POLIOL + POLIISOCIANATO = POLIURETANO
  • Sistema monocomponente de cura com a umidade do ar
  1. POLIISOCIANATO + H20 = POLIURETANO + CO2
  • Sistema monocomponente de cura em estufa
  1. POLIISOCIANATO BLOQUEADO + POLIOL = POLIURETANO + AGENTE BLOQUEANTE
  • Sistema não reativo em secagem física
  1. POLIURETANO EM SOLUÇÃO + AR OU CALOR = POLIURETANO + SOLVENTE

As matérias primas dos poliuretanos basicamente são os poliisocianatos e os polióis,podem variar muito de acordo com a necessidade de aplicação, algumas das principais são:

POLIÓIS

  • Poliéteres: são os polióis mais utilizados na indústria (~ 90%), basicamente são os hidroxilados dos polipropilenos glicóis e copolímeros polipropileno/etileno glicóis ou ainda os politetrametilenos glicóis. podem ser modificados ainda com radicais livres de estireno e acrilonitrila obtendo-se polióis poliméricos.
  • Poliésteres: são normalmente polióis obtidos de resíduos de resinas poliésteres de alto peso molecular à base de polietileno tereftalato (PET)
  • Óleo de Mamona: líquido viscoso obtido da compressão das sementes da mamona. Ele é um triglicerídeo derivado do ácido ricinoleíco normalmente de funcionalidade próximo de 2,7.
  • Polibutadieno líquido hidroxilado: obtido pela polimerização do butadieno catalisada pelo peróxido de hidrogênio em meio alcoólico. Obtém-se um poliol muito reativo, com excelente resistência a hidrólise e grande capacidade de aceitação de cargas que barateiam seu custo final.

I
SOCIANATOS
  • TDI (C9H6O2N2) - 2,4 tolueno diisocianato ou 2,6 tolueno diisocianato. Podem ser usados puros ou misturados em vários percentuais diferentes.
  • MDI (C15H10O2N2) - 4,4 difenilmetano diisocianato; 2,4 difenilmetano diisocianato ou 2,2 difenilmetano diisocianato
  • HDI (C8H12O2N2) - hexametileno diisocianato
  • IPDI (C12H18O2N2) - isoforona diisocianato
  • HMDI (C15H22O2N2) - 4,4 diciclohexilmetano diisocianato
  • NDI (C12H6O2N2) - naftaleno 1,5 diisocianato
  • TPMTI (C22H13O3N3) - trifenilmetano 4,4,4 triisocianato
  • PDI (C8H4O2N2) - 1,4 fenilenodiisocianato

Com exceção do MDI, estes isocianatos, na forma monomérica, tem pressão de vapor relativamente alta e conseqüentemente são voláteis. Quando exposta continuamente a vapores de isocianatos'uma pessoa pode sofrer irritação nos olhos e mucosas podendo até ser carcinógeno. Por isso normalmente são transformados em pré-polímeros, adutos ou biuretos, para aumentar seu peso molecular e diminuir ao máximo o teor de monômeros livres nestes poliisocianatos.
Obviamente para qualquer formulação ainda vão outros componentes como catalisadores, aditivos, inibidores, extensores de cadeia, formadores de ligações cruzadas, agentes de expansão, surfactantes, retardantes de chama, corantes, pigmentos e cargas sólidas e líquidas.

TIPOS
Os poliuretanos são extremamente versáteis, mas podem ser definidos em alguns tipos básicos:
  • Espumas rígidas: são sistemas bi-componentes normalmente utilizados em sistemas de isolamento térmico e acústico, para modelação, ou para proteção de transportes de peças e equipamentos.
  • Espumas flexíveis: são utilizados em colchões, abafadores, peças automotivas(integral skin), isolamentos acústicos, proteção de equipamentos p/ transportes, almofadas, bonecos e esculturas, brinquedos, etc..
  • Elastômeros: utilizados em várias aplicações, como encapsulamentos eletrônicos, amortecedores, sapatas de equipamentos, revestimentos antiderrapantes e resistentes a abrasão, acabamento em produtos promocionais, tubos e dutos, revestimentos de etiquetas, blocos de modelação, etc..
  • Tintas: normalmente são utilizados em aplicações onde existe a necessidade de bom acabamento, excelente brilho, resistência química, boa aderência, e resistência a UV. Podem ser bi-componentes ou mono-componentes, normalmente os bi-componentes são os de melhor resistência em todos os sentidos.